早年经历
小学时在班级里并不显眼，成绩一直不错，但体育完全不行。搬到大阪居住以后性格开始变得明朗起来。
中学二年级时回到了千叶县。在中学二年级时戴上了隐形眼镜。进入高中后，因为自己喜欢的前辈是橄榄球部的经理人，所以加入了橄榄球部当起了经理人。身高在2006年停止生长。进入高中后也开始尝试着化妆和染发。在高一的夏天，在学校附近被事务所的星探搭讪。
演艺经历
2005年，高中1年级时，当选“千叶No.1美少女”。边读千叶的高中边工作，在以前的橄榄球部里担任经理人。
2006年2月11日，凭借电影《春天居住所》出道。同年4月15日到6月，作为固定演员出演电视剧《吉祥天女》，同年7月8日，出演了电视剧《ショートフィルム道 怪谈新耳袋 第5シリーズ》，同年8月20日，出演了电视剧《ショートフィルム道 东京少女 #4 ヤドカリ少女》。同年8月22日，出演了电视剧《ほんとにあった怖い话夏の特别编2006「6番の部屋」（毛骨悚然撞鬼经）》。同年10月，成为了《早耳トレンドNo.1》栏目的常驻嘉宾。 同年11月11日，出演了电视剧《恋する日曜日 ニュータイプ 第6话 想いを告白せよ！（恋
爱星期天）》。同年成为了面向女高中生的时尚杂志《SEVENTEEN》的专属模特。
2007年1月6日，出演了电视剧《风来之路》。同年1月27日，出演了电视剧《恋する日曜日 第3シリーズ レンズ越しの恋（恋爱星期天）》，同年2月22日，出演了电视剧《灿烂研修医》 第7集，同年5月12日，出演了电影《
红色文化住宅里的初子》。同年7月3日，出演了电视剧《花ざかりの君たちへ〜イケメン♂パラダイス〜（花样少男少女）》，同年9月22日，出演了电视剧《土曜プレミアム 出るトコ出ましょ!（法律最前线）》，同年10月12日，出演了电视剧《花ざかりの君たちへ〜イケメン♂パラダイス〜スペシャル（花样少男少女特别篇）》。
2008年5月10日，出演了电影《同级生》和电影《体育馆ベイビー（体育馆宝贝）》。同年12月6日，出演了电视剧《男装の丽人〜川岛芳子の生涯〜（男装的丽人）》。
2009年3月7日，出演了电视剧《NTTドコモドラマスペシャル チャンス!〜彼女が成功した理由〜（她成功的理由）》。同年4月4日，出演了电视剧《帰ってこさせられた33分探侦（被迫
归来的33分侦探）》第11集。同年6月18日，出演了电视剧《LOVE GAME（恋爱游戏）》第9集。同年8月1日，出演了电影《山形スクリーム（山形尖叫）》 。同年8月1日，出演了电视剧《土曜ドラマ オトメン（乙男）〜夏〜（粉红系男孩）》。同年10月13日，出演了电视剧《土曜ドラマ オトメン（乙男）〜秋〜（粉红系男孩）》。
2010年3月6日，出演了电视剧《第9回テレビ朝日21世纪新人シナリオ大赏 临月の娘（怀孕的女儿）》，同年3月27日，出演了电影《谁かが私にキスをした（谁吻了我）》。同年4月25日，主演了电视剧《日曜ナイトドラマ 女帝薫子》 [8] ，同年5月15日，首次主演电影《音楽人（音乐人）》，同年7月19日，出演了电视剧《夏の恋は虹色に辉く（虹色夏恋）》，同年9月25日，主演了电影《君に届け（好想告诉你）》
2011年1月2日，出演了电视剧《ザ・ミュージックショウ（THE MUSIC SHOW）》，同年2月5日，出演了电影《ジーン・ワルツ（基因华尔兹）》，同年3月19日，出演了电影《ランウェイ☆ビート（心动舞台）》，同年6月22日，发行了个人的首张单曲《Sweet & Bitter》。同年7月26日，出演了电视剧《荒川アンダー ザ ブリッジ（荒川爆笑团）》，同年8月6日，主演了两部电影《乱反射》和《スノーフレーク（雪片莲）》，同年8月20日，出演了电影《うさぎドロップ（白兔糖）》，同年8月31日，从做了5年专属模特的时尚杂志《SEVENTEEN》毕业。同年9月，出演了TBS的电视节目《情热大陆》。同年10月11日，出演了电视剧《HUNTER〜その女たち、赏金稼ぎ〜（HUNTER～那些赚奖金的女人们）》。
2012年1月13日，出演了电视剧《金曜ナイトドラマ 13歳のハローワーク（13岁的Hello Work）》，2月4日，主演了电影《荒川アンダー ザ ブリッジ THE MOVIE（荒川爆笑团）》，同年2月11日，出演了电影《逆転裁判（逆转裁判）》，同年3月，成为了《non-no》的专属模特。 [9] 同年10月2日，出演了电视剧《GTO 秋も鬼暴れスペシャル（GTO秋季特别篇）》。同年10月6日，出演了电影《ツナグ（通灵者）》和《新しい靴を买わなくちゃ（得买新鞋了）》，同年12月，在美国电影网站TC Candler上，每年定期发表的《2012世界最美脸蛋榜单》中，第一次入选，位列第12名。 同年，出演自己的舞台剧处女作《新幕末
纯情传》。
2013年1月17日，出演了电视剧《あぽやん〜走る国际空港（APOYAN～奔跑吧国际机场）》 ，同年3月1日，出演了电视剧《金曜ロードSHOW! チープ・フライト（廉价航班）》，同年5月13日，出演了电视剧《ガリレオ 第2シーズン 第五章「念波る」（神探伽利略2）》，同年6月22日，出演了电影《100回泣くこと（100次哭泣）》，同年7月13日，出演了电视剧《斉藤さん2（齐藤太太2）》 ，同10月13日，出演了电视剧《安堂ロイド〜A.I. knows LOVE?〜（安堂机器人）》 ，同年11月29日，出演了电影《あさひるばん（朝昼晚）》
2014年1月5日，出演了大河剧《军师官兵卫》 ，同年3月29日，出演了电影《白色荣光最终篇：地狱犬的肖像》，同年4月18日，出演了电视剧《死神君》 ，同年6月7日，出演了电影《女子战队》，同年7月20日，出演了电视剧《最后的家》，同年8月16日，出演了电视剧《毛骨悚然撞鬼经15周年特别篇》，同年10月11日，出演了电视剧《地狱老师》，同年12月1日，在法国巴黎拍摄了第一部写真集《失恋、旅行、パリ。》。
2015年3月21日，出演了电影《
暗杀教室》，同年4月17日，主演了电影《恋爱中的吸血鬼》，同年9月19日，主演了电影《主角失格》。 参演《暗杀教室：毕业篇》 。
2016年，主演朝日电视台的电视剧《澄和堇》 ；主演夏季月九档剧集《有喜欢的人》 。
2017年12月23日，主演电影《复仇女孩》将在日本上映，片中饰演一名
内在美和外在美兼备的优秀女性 ；同年主演电视剧《外貌协会100%》，剧中饰演城之内纯 。
个人生活
家庭
桐谷美玲有一个弟弟。
桐谷美玲称家中爱犬是其工作之余最大的乐趣，并表示很享受与爱犬一起度过的散漫时光。
平日里她最大的乐趣是跟家里的两只爱犬一起嬉戏玩闹。此外，桐谷美玲还兴致勃勃地主动跟媒体朋友透露她与爱犬们玩耍时的方式，称其经常故意把玩偶扔到一边，等待着两只爱犬争先恐后地把玩具取回来。桐谷美玲一边描述着她与爱犬门一起玩耍时的画面，还一边不时露出害羞的表情。
婚恋
2018年6月3日，
三浦翔平在写真集签售活动中，首次公开承认与桐谷美玲正在交往中。对于此前传闻中的将于6月3日登记结婚，他表示“一切还没有决定” 。同年7月24日，桐谷美玲与三浦翔平正式入籍结婚 。
2020年2月4日，桐谷美玲宣布怀孕 ；7月6日，桐谷美玲在社交平台发文宣布自己顺利生产，是个男宝宝，母子平安 。
